賽迪顧問預(yù)測，全球移動終端3D Sensing模組市場的市場規(guī)模將從2017年的15億美元成長到2020年的140億美元，未來三年的年復(fù)合成長率將達(dá)到209%；
到2025年3D Sensing、IR CIS相關(guān)供應(yīng)鏈?zhǔn)袌鲆?guī)模年復(fù)合成長率將達(dá)24%
什么是3D sensing攝像頭到底什么是3D Sensing攝像頭呢？它和之前的2D攝像頭有什么區(qū)別呢？3D Sensing包括哪幾種技術(shù)方案呢？以及目前3D Sensing產(chǎn)業(yè)鏈接是怎樣的，涉及到哪些公司呢？下來帶你了解所有！
普通的2D攝像頭只能夠?qū)⒛闼吹降囊云矫鎴D片的方式呈現(xiàn)出來。
3D Sensing攝像頭不同，它是由多個攝像頭+深度傳感器組成的，因此它可以通過解讀三維的位置及尺寸信息,來實現(xiàn)實時的三維信息采集,從而為消費電子終端加上了物體感知功能,引入多個“痛點型應(yīng)用場景”。
3D Sensing攝像頭不僅在色彩和分辨率上比2D攝像頭有所提升，更是在圖像上以動態(tài)的呈現(xiàn)方式展現(xiàn)給我們一個更為立體的圖片。并且2D攝像頭無論在觀測距離、效果，還是抗干擾性及夜視都不及3D Sensing攝像頭。
三大應(yīng)用 場景場景 1-人臉識別元年來臨。采用紅外線的 3D 人臉識別解決了環(huán)境光 照影響 ，3D 攝像頭技術(shù)進(jìn)行拍攝時采集得到人臉圖像深度信息，能 夠獲取更多的特征信息在傳統(tǒng)人臉識別技 術(shù)基礎(chǔ)上大幅提升識別準(zhǔn)確 率。
? 場景 2-手勢識別：手勢識別的關(guān)鍵便在于 3D 攝像頭（或稱 3D 感知） 技術(shù)。下一個十年人機(jī)交互方式將主動捕捉用戶手勢動作并進(jìn)行識別 處理。
? 場景 3-三維重構(gòu)基礎(chǔ)技術(shù)，AR/VR 領(lǐng)域?qū)⒋蠓女惒?。AR/VR 設(shè)備采用 3D 攝像頭技術(shù) ：1、獲得周圍環(huán)境圖像的 RBG 數(shù)據(jù)與深度數(shù)據(jù)，進(jìn)行 三維重建；2、 實現(xiàn)手勢識別、動作捕捉等人機(jī)交互方式。
目前，3D Sensing有3種主流方案分別是結(jié)構(gòu)光方案、TOF方案以及雙目立體成像方案：
結(jié)構(gòu)光 “結(jié)構(gòu)光”指一些具有特定模式的光，其模式圖案可以是點、線、面等。 結(jié)構(gòu)光 3D 成像的原理是首先將結(jié)構(gòu)光投射至物體表面，再使用攝像機(jī) 接收該物體表面反射的結(jié)構(gòu)光圖案，由于接收圖案必會因物體的立體型 狀而發(fā)生變形，故可以試圖通過該圖案在攝像機(jī)上的位置和形變程度來 計算物體表面的空間信息。
ToF（飛行時間法） TOF 技術(shù)是發(fā)射一束經(jīng)過相位調(diào)制的紅外激光到被測物體，當(dāng)紅外激光 被反射回攝像頭，會因為光飛行時間的延遲，導(dǎo)致相位跟發(fā)射時的相位 有微小的變化，通過計算相位的變化，就可以計算出被測物體到攝像頭 之間的距離。
雙目立體視覺 所謂雙目立體成像就是利用兩個攝像頭捕捉的圖像之前的視場角度差， 來計算出被測物體到攝像頭的距離，當(dāng)視場角越大說明距離越近，反之 則越遠(yuǎn)。
三種3D Sensing技術(shù)對比
綜合而言，雙目立體視覺在檢測范圍，3D 建模時間，弱光環(huán)境性能， 功耗，算法復(fù)雜度等指標(biāo)上明顯弱于結(jié)構(gòu)光和 ToF，存在明顯缺陷，因 此我們判斷未來該技術(shù)在手機(jī) 3D 成像領(lǐng)域前景暗淡。結(jié)構(gòu)光與 ToF 各 有優(yōu)劣，都具備商用推廣的基礎(chǔ)。
1） 結(jié)構(gòu)光：適合近距離場景，目前已被手機(jī)作為前置 3D 成像方案采用。 同時結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)前成熟度最高，已具備量產(chǎn)能力，在蘋果的引 領(lǐng)下安卓陣營在 2018 年也陸續(xù)導(dǎo)入。
2） ToF：適合遠(yuǎn)距離場景，同時在強光下表現(xiàn)較好，預(yù)計將成為手機(jī)后 置 3D 成像主流方案。另外考慮到 ToF 相比結(jié)構(gòu)光方案在尺寸和成 本上具備優(yōu)勢，因此預(yù)計在前置 3D 成像方面也將有所滲透。
中國手機(jī)品牌 3D 成像方案密集發(fā)布A股相關(guān)上市公司：
韋爾股份：收購了iPhone 前置攝像頭 CIS 廠商豪威
光訊科技（002281）： A 股實現(xiàn) VCSEL 陣列商用的公司，光通信行業(yè)的國內(nèi) 第一、全球第五。完成 850nm VCSEL 芯片的研發(fā)，2014 年小批量試制，目前 已經(jīng)開始 進(jìn)入正式商用化階段。
水晶光電（002273）： A 股紅外濾波片供應(yīng)廠商，切入主要智能機(jī)大廠產(chǎn)業(yè)鏈 ，一代 kinect 窄帶濾波片供應(yīng)商
福晶科技（002222）： A 股最懂“激光”的光學(xué)組件供應(yīng)商，是全球激光器非 線性晶體與激光晶體的隱形冠軍；與微軟聯(lián)合研發(fā) HoloLes AR 眼鏡；為全球光 芯片龍頭企業(yè)供應(yīng)晶體與光學(xué)處理單元 ；A 股激光器相關(guān)核心元器件供應(yīng)商 。
歐菲光（002456）：A 股攝像頭模組廠商，收購了蘋果前置攝像頭供應(yīng)廠
聯(lián)創(chuàng)電子（002036）： A 股鏡頭及模組廠商
晶方科技（603005）、華天科技：光學(xué)制造工藝運用晶圓級別光學(xué)制程，需要 掌握晶圓級封裝技術(shù)。
結(jié)構(gòu)光 3D 成像技術(shù)主要由 4 大部分組成1）不可見光紅外線（ IR ）發(fā)射模組：用于發(fā)射經(jīng)過特殊調(diào)制的不可 見紅外光至拍攝物體。
2）不可見光紅外線（IR） 接收模組：接收由被拍攝物體反射回來的不 可見紅外光，通過計算獲取被拍攝物體的空間信息。
3）鏡頭模組：采用普通鏡頭模組，用于 2D 彩色圖片拍攝。
4）圖像處理芯片：將普通鏡頭模組拍攝的 2D 彩色圖片和 IR 接收模組 獲取的 3D 信息集合，經(jīng)算法處理得到具備 3D 信息的彩色圖片。
蘋果搶占全球成熟資源，安卓加速跟進(jìn) 目前結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)鏈一流供應(yīng)商皆已被蘋果鎖定，包括整體方案商 PrimeSense（2013 年以 3.45 億美元收購），核心部件 VCSEL、DOE、 WLO、Fliter 中的一流供應(yīng)商與蘋果合作。目前國內(nèi)廠商在窄帶濾光片 （水晶光電）、接收端模組（歐菲科技）已進(jìn)入蘋果產(chǎn)業(yè)鏈。
非蘋果結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)鏈
3D Sensing 的發(fā)射端和接收端發(fā)射端由 VCSEL激光源、準(zhǔn)直鏡頭和 DOE 擴(kuò)散片組成，
接收端由窄帶濾光片、光學(xué)鏡頭和紅外 CIS 組成。
在工作時，VCSEL 激光源首先會發(fā)射出數(shù)百束特定頻率的紅外光，這些紅外光經(jīng)過準(zhǔn)直鏡頭的校準(zhǔn)之后，被傳導(dǎo)到 DOE 擴(kuò)散片，擴(kuò)散片會將紅外光束分散成 3 萬多個隨機(jī)的紅外光點，照射到人的面部；
經(jīng)過面部反射之后的紅外光被接收端接收，在經(jīng)過窄帶濾光片的過濾之后，特定頻率的紅外光經(jīng)過光學(xué)鏡頭的投射被紅外 CIS 所接收。
3D Sensing 是一個全新的增量市場，將給產(chǎn)業(yè)鏈帶來新的成長動力。
發(fā)射端的元器件大部分是創(chuàng)造了新的產(chǎn)業(yè)，價值量較大，在 VCSEL 激光源、準(zhǔn)直鏡頭、DOE 光學(xué)衍射元件、模組等領(lǐng)域給相關(guān)企業(yè)帶來了巨大的全新需求。、
但發(fā)射端元器件的難度較高，需要較多的技術(shù)積累，所以目前主要是海外企業(yè)參與供應(yīng)鏈，這也給未來大陸廠商的突破帶來了契機(jī)。
接收端的元器件主要是在對存量產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步的擴(kuò)大，價值量相對發(fā)射端要小。
大陸企業(yè)在窄帶濾光片、光學(xué)鏡頭、模組等領(lǐng)域已經(jīng)具有較強的實力，完全可以參與進(jìn)去。但在紅外 CIS 方面還是空白，需要未來的進(jìn)一步突破。
▲3D Sensing 產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商及單機(jī)價值量
IR 發(fā)射模組的工作流程主要為：1）不可見紅外光發(fā)射源（激光器或者 LED）發(fā)射出不可見紅外光；2）不可見紅外光通過準(zhǔn)直鏡頭（WLO） 進(jìn)行校準(zhǔn)；3）校準(zhǔn)后的不可見紅外光通過光學(xué)衍射元件（DOE）進(jìn)行 散射，進(jìn)而得到所需的散斑圖案。因為散斑圖案發(fā)射角度有限，所以需 要光柵將散斑圖案進(jìn)行衍射“復(fù)制”后，擴(kuò)大其投射角度。
因此 IR 發(fā)射模組主要部件包括：不可見紅外光發(fā)射源（激光器或者 LED）、準(zhǔn)直鏡頭（WLO）、光學(xué)衍射元件（DOE）
1、紅外激光光源：由 LED 向 VCSEL 轉(zhuǎn)變是必定趨勢。
VCSEL 產(chǎn)業(yè)由設(shè)計、外延片、晶圓代工、封測等四個環(huán)節(jié)組成，整個產(chǎn)業(yè)高度分工、專業(yè)化程度很高，擁有較高的技術(shù)門檻。
大部分設(shè)計廠商都是從光通信領(lǐng)域切入消費電子領(lǐng)域，主要廠商包括Lumentum、Finsar、Princeton 等。
Lumentum 為蘋果核心供應(yīng)商，其一方面采用 IDM 模式自行制造 VCSEL，另外也與代工廠合作生產(chǎn)。除了Lumentum，蘋果正在積極扶持 Finsar，以降低供應(yīng)鏈集中的風(fēng)險。
Princeton已在 2017 年被 AMS（艾邁斯）所收購，并已在新加坡建設(shè)新工廠，用于生產(chǎn)高率 VCSEL，已成為小米 8 透明探索版的 VCSEL 供應(yīng)商，未來可能是安卓廠商的首選。
外延片領(lǐng)域，英國公司 IQE 是全球最大的獨立外延片供應(yīng)商，市場份額大約為 80%，是蘋果核心供應(yīng)商。其他的外延片供應(yīng)商還包括臺灣地區(qū)的全新和聯(lián)亞光電。
在代工領(lǐng)域，臺灣地區(qū)的穩(wěn)懋為全球最大的化合物半導(dǎo)體代工廠，其在化合物半導(dǎo)體代工市場的市占率超過 50%，并與 Lumentum 緊密合作而成為蘋果核心供應(yīng)商。而宏捷科則擁有 AMS（艾邁斯）入股，未來有望隨著AMS 而切入消費電子 3D Sensing 產(chǎn)業(yè)。
在封測領(lǐng)域，主要廠商均來自臺灣地區(qū)，主要包括聯(lián)均、欣品和同欣等廠商。
國內(nèi)主要有江蘇華芯、武漢光迅，其他還有山東太平洋、深圳源國、國星光電、華工科技、三安光電、乾照光電、華燦光電以及睿熙科技等公司?？梢钥闯?，VCSEL最初應(yīng)用在通訊領(lǐng)域，隨著蘋果iPhone 8的3D攝像頭采用VCSEL技術(shù)引起廣泛關(guān)注。一旦智能手機(jī)市場被撬動，VCSEL的需求量將迅速打開，這就是未來6年VCSEL強勁增長的巨大推動力。
2、VCSEL 激光器光學(xué)組件 ：
光學(xué)組件主要包括準(zhǔn)直鏡頭、DOE衍射光學(xué)元件
準(zhǔn)直鏡頭
微型準(zhǔn)直透鏡：是用來對發(fā)散的激光光源進(jìn)行準(zhǔn)直處理，達(dá)到平行、均勻光斑 的作用；
現(xiàn)在準(zhǔn)直鏡頭的制造工藝有 WLO、WLG 和模造工藝三種。
WLO（Wafer Level Opticals，晶圓級光學(xué)鏡頭）采用晶圓和特殊液體聚合物作為光學(xué)材料，被蘋果選為 iPhone X 的準(zhǔn)直鏡頭方案。
目前大部分 WLO 專利都在 Heptagon（已被 AMS 收購）手中，形成了非常高的壁壘，果 iPhone X 所使用的 WLO 就是由 Heptagon 所提供。
除了 WLO 方案，目前還有 WLG 工藝和模造工藝涌現(xiàn)，同樣可以解決耐熱性問題，可能在未來成為準(zhǔn)直鏡頭的選擇。未來準(zhǔn)直鏡頭的技術(shù)路徑存在較大的不確定性。
WLG（Wafer Level Glass，晶圓級玻璃）采用半導(dǎo)體級工藝生產(chǎn)玻璃鏡頭，具有良好的耐熱性，可能在未來取代 WLO 成為準(zhǔn)直鏡頭的首選方案。
目前 WLG 方案進(jìn)展最快的廠商是瑞聲科技，公司擁有來自丹麥的 WLG模具設(shè)計和制造團(tuán)隊（Kaleido）、日韓光學(xué)設(shè)計團(tuán)隊和高效的本土管理團(tuán)隊。
瑞聲除了可將 WLG 用作準(zhǔn)直鏡頭，還可以用于手機(jī)前后置攝像頭等成像鏡頭，具有較大的想象空間。
但目前 WLG 方案仍不成熟，產(chǎn)能、良率、成本等方面仍需要時間才能突破。
國內(nèi)水晶光電參與一部分鍍膜工藝，福晶科技曾為JDSU、Finisar等光通信企業(yè)供給通信級準(zhǔn)直鏡頭，有望拓展進(jìn)軍消費級準(zhǔn)直鏡頭領(lǐng)域。華天科技和晶方科技在WLO方面布局較早，主要提供WLO后段加工技術(shù)，特別是華天科技具備成熟的加工技術(shù)。
光學(xué)衍射元件，光學(xué)衍射元件（DOE）
DOE 的制造門檻較高，蘋果是由其自行設(shè)計 pattern，然后交由臺積電采購玻璃后進(jìn)行圖案化過程，精材科技將臺積電 pattern 后的玻璃進(jìn)行堆疊、封裝和研磨，然后交采鈺進(jìn)行 ITO 工序，最后由精材科技進(jìn)行切割。
臺灣地區(qū)的奇景光電也具有生產(chǎn) DOE 的能力，目前正與高通合作。
大陸地區(qū)還沒有具備 DOE 設(shè)計和加工能力的公司。
福晶科技為微軟AR眼鏡HoloLens聯(lián)合研發(fā)DOE等相關(guān)元件，福晶科技主要從事各類功能晶體元器件、精密光學(xué)元器件和激光器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。國內(nèi)初創(chuàng)公司馭光科技成立于2016年，但從2014年開始就在國內(nèi)設(shè)計、生產(chǎn)DOE產(chǎn)品，目前已進(jìn)入安卓手機(jī)3D傳感核心器件供應(yīng)商，在嘉興有全資子公司馭光光電大規(guī)模量產(chǎn)DOE器件。
IR 接收模組：窄帶濾光片為國內(nèi)廠商主要機(jī)會窄帶濾光片
窄帶濾光片的難度和價值量都高于傳統(tǒng)攝像頭所用的濾光片，目前僅有VIAVI 和水晶光電的技術(shù)較為成熟，這兩家也是蘋果 iPhone X 的窄帶濾光片供應(yīng)商。
接收端鏡頭
使用普通手機(jī)鏡頭，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)殖墒靷鹘y(tǒng)的手機(jī)鏡頭需要達(dá)到非常好的成像效果，所以需要非常復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計和制造工藝。
但接收端紅外攝像頭對光學(xué)鏡頭的要求遠(yuǎn)不如可見光攝像頭那么高，對光線的通光量、畸變矯正等指標(biāo)容忍度較高，所以目前 3D Sensing 接收端鏡頭主要使用已成熟的普通鏡頭。
蘋果 iPhone X 接收端鏡頭為 4P 結(jié)構(gòu)，供應(yīng)商為臺灣地區(qū)的大立光和玉晶光。
除了這兩大廠商，還有關(guān)東辰美、舜宇光學(xué)、瑞聲科技等均可提供接收端鏡頭。
隨著大陸手機(jī)廠商開始普及 3D Sensing 功能，舜宇光學(xué)和瑞聲科技可能憑借本土供應(yīng)鏈優(yōu)勢而獲得較大的份額。
紅外 CIS
技術(shù)較為成熟，定制化是行業(yè)主要特點
紅外 CIS（CMOS Image Sensor）即紅外 CMOS 圖像傳感器，是用來將接收到的紅外光轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的器件，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟。
在原理上，紅外 CIS 與可見光 CIS 是一致的，但可見光 CIS 需要識別RGB 三種顏色，并且需要呈現(xiàn)非常清晰的圖像，所以對分辨率的要求很高。
而紅外 CIS 只需要獲取結(jié)構(gòu)光的深度信息，不需要產(chǎn)生清晰的成像，所以分辨率要求不高，通常2M 像素即可滿足要求。
目前紅外 CIS 的供應(yīng)商主要有意法半導(dǎo)體、奇景光電、三星電子、富士通、東芝等，其中意法半導(dǎo)體是 iPhone X 紅外 CIS 的供應(yīng)商。
模組
目前，具備 3D Sensing 模組制造能力的廠商包括 LG Innotek、富士康、夏普、歐菲科技、舜宇光學(xué)等。
其中 LG Innotek 是 iPhone 3D Sensing 發(fā)射端模組的獨家供應(yīng)商，富士康和夏普是 iPhone 3D Sensing 接收端模組的供應(yīng)商。
歐菲科技、舜宇光學(xué)等大陸廠商在模組領(lǐng)域也具備很強的實力，已經(jīng)可以大規(guī)模量產(chǎn) 3D Sensing 模組。
隨著國內(nèi)手機(jī)廠商在 3D Sensing 領(lǐng)域快速推進(jìn)，歐菲科技、舜宇光學(xué)將有望深度受益。
3D 圖像處理芯片：
壁壘高，突破難 3D 成像所需的圖像處理芯片和一般的圖像處理芯片有所區(qū)別，其通過 復(fù)雜的算法將 IR 接收端采集的空間信息和鏡頭成像端采集的色彩信息 相結(jié)合，生成具備空間信息的三維圖像。該芯片設(shè)計壁壘高，目前供應(yīng) 商僅為幾個芯片巨頭，包括 STM（意法半導(dǎo)體）、TI（德州儀器）、NXP （恩智浦）。
ToF：前后置 3D 皆有望采用，商用在即ToF 硬件構(gòu)成類似結(jié)構(gòu)光，更為簡約 ToF 產(chǎn)業(yè)鏈在主要環(huán)節(jié)上與結(jié)構(gòu)光方案相似，主要由 3 大部件構(gòu)成：1） 不可見光紅外線（ IR ）發(fā)射模組；2）不可見光紅外線（IR） 接收模 組；3）鏡頭模組。
1） ToF 可以不用單獨的 ASIC，因為其算法相比結(jié)構(gòu)光簡單，可集成于 手機(jī) AP 中；
2） ToF 的發(fā)射端不需要 WLO、DOE/MASK，但需要 MEMS 棱鏡陣列， 另外需要 MCU 做 Controller；
3） 接受端不需要窄帶濾光片，同時接收端的 IR CIS 對感測速度要求比結(jié)構(gòu)光更高，供應(yīng)商存在較大不同。
4）發(fā)射端均采用 VCSEL，但是 ToF 需要的功率更高；
vivo 的展示資料顯示其 TOF 3D 技術(shù)主要優(yōu)勢為：
1）有效深度信息多：vivo 的 TOF 3D 超感應(yīng)技術(shù)包含了 30 萬個可以進(jìn) 行測距的有效深度信息點，而采用 DOE 衍射的 iPhone X 只有 3 萬個；
2）工作距離遠(yuǎn)：vivo 展示的 TOF 3D 超感應(yīng)技術(shù)可以做到至少 3 米的 測量距離。對于人臉解鎖來說，1 米和 3 米不會對體驗上造成什么區(qū) 別，不過更遠(yuǎn)的工作距離意味著 TOF 3D 超感應(yīng)技術(shù)可以應(yīng)用在更多的 場景中。
3）體積?。罕ＷC識別精度，3D 結(jié)構(gòu)光的投射器和接收器需要保留一定 的距離，也就是所謂的基線（baseline），iPhone X 上的 3D 結(jié)構(gòu)光需要 25 毫米左右，目前安卓陣營方案還要更長一些，帶來的結(jié)果就是 3D 結(jié) 構(gòu)光模組普遍較長。相比之下，TOF 模組的 baseline 要求不高，體積上 可以做到非常小巧。
總結(jié)：根據(jù) vivo 的研發(fā)進(jìn)度，2018H2 就有望實現(xiàn) 3D ToF 的商用。從產(chǎn) 品特性角度而言，ToF 更適用于遠(yuǎn)距離場景，另外在對成本和尺寸要求 更高的場景下 ToF 也將獲得一定的市占率。
ToF 與結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)鏈相似，
成熟度相近 ToF 產(chǎn)業(yè)鏈在主要環(huán)節(jié)上與結(jié)構(gòu)光方案相似，區(qū)別在于發(fā)射端不需要 WLO、DOE、MASK，接受端不要窄帶濾光片，同時接收端的 IR CIS 對感測速度要求高，供應(yīng)商存在較大不同。
